面試官讓我手寫一個生産者消費者模式

不知道你是否遇到過面試官讓你手寫生産者消費者代碼。别說，前段時間有小夥伴還真的遇到了這種情況。當時是一臉懵逼。

但是，俗話說，從哪裡跌倒就要從哪裡爬起來。既然這次被問到了，那就回去好好研究一下，争取下一次不再被虐呗。

于是，今天我決定手敲一個生産者消費者模式壓壓驚。（因為我也不想以後被面試官血虐啊）

生産者消費者模式，其實很簡單。無非就是生産者不停的生産資料，消費者不停的消費資料。（這不廢話嗎，字面意思我也知道啊）

咳咳。其實，我們可以拿水池來舉例。

比如，現在要用多個注水管往水池裡邊注水，那這些注水管就認為是生産者。從水池裡邊抽水的抽水管就是消費者。水池本身就是一個緩沖區，用于生産者消費者之間的通訊。

好的，跟着我的思路。

既然生産者是生産資料的，那總得定義一個資料類吧（Data）

public class Data {
    private int id;
    private int num;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getNum() {
        return num;
    }

    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }

    public Data(int id, int num) {
        this.id = id;
        this.num = num;
    }

    public Data() {

    }
}
           

以上資料，假設注水管每次注水的id和注水容量num(機關是升)都是遞增的。并且，單次出水管的出水量和注水管的注水量是一一對應的。

生産者的類Producer和消費者類Consumer内部都需要維護一個阻塞隊列，來存儲緩沖區的資料。

public class Producer implements Runnable{
    //共享阻塞隊列
    private BlockingDeque<Data> queue;
    //是否還在運作
    private volatile boolean isRunning = true;
    //id生成器
    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    //生成随機數
    private static Random random = new Random();

    public Producer(BlockingDeque<Data> queue){
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while(isRunning){
                //模拟注水耗時
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                int num = count.incrementAndGet();
                Data data = new Data(num, num);
                System.out.println("目前>>注水管:"+Thread.currentThread().getName()+"注水容量(L):"+num);
                if(!queue.offer(data,2, TimeUnit.SECONDS)){
                    System.out.println("注水失敗...");
                }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void stop(){
        isRunning = false;
    }
}
           

消費者：

public class Consumer implements Runnable{

    private BlockingDeque<Data> queue ;

    private static Random random = new Random();

    public Consumer(BlockingDeque<Data> queue){
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Data data = queue.take();
                //模拟抽水耗時
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                if(data != null){
                    System.out.println("目前<<抽水管:"+Thread.currentThread().getName()+",抽取水容量(L):"+data.getNum());
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}
           

測試類，假設有三個注水管和三個出水管（即六個線程）同時運作。等一定時間後，所有注水管停止注水，則當水池空（阻塞隊列為空）的時候，出水管也将不再出水。

public class TestProC {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        BlockingDeque<Data> queue = new LinkedBlockingDeque<>(10);

        Producer producer1 = new Producer(queue);
        Producer producer2 = new Producer(queue);
        Producer producer3 = new Producer(queue);

        Consumer consumer1 = new Consumer(queue);
        Consumer consumer2 = new Consumer(queue);
        Consumer consumer3 = new Consumer(queue);

        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        service.execute(producer1);
        service.execute(producer2);
        service.execute(producer3);
        service.execute(consumer1);
        service.execute(consumer2);
        service.execute(consumer3);

        Thread.sleep(3000);
        producer1.stop();
        producer2.stop();
        producer3.stop();

        Thread.sleep(1000);
        service.shutdown();
    }
}
           

運作結果如下：

到最後一次注水20L的時候，所有注水管都停止注水了，但此時水池還沒空。于是，所有出水管繼續消費水資源，直到最後20L也被消費完。

以上，就是一個典型的生産者消費者模式。

可以看到，這種模式有很多優點：

1）可以解耦消費者和生産者，因為它們是兩個不同的類，互相之間不會産生影響。

2）支援并發。生産者隻管生産資料就行了，生産完直接把資料丢到緩沖區，而不需要等消費者消費完資料才可以生産下一個資料。否則會造成阻塞，進而影響效率。

3）允許生産者和消費者有不同的處理速度。如，當生産者生産資料比較快的時候，會把消費者還沒來得及處理的資料先放到緩沖區。等有空閑的消費者了，再去緩沖區拿去資料。